一种基于线性调频信号的光纤光时域反射仪检测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及光时域反射仪检测技术领域，提供了一种基于线性调频信号的光纤光时域反射仪检测系统及方法。其中方法包括生成线性调频信号和时钟同步脉冲，并分别发送给调制器和光开关；调制器根据所述线性调频信号，调制光源发出的连续光信号，生成连续线性调频光信号；光开关将所述连续线性调频光信号截成指定时间长度的线性调频光信号，并通过环形器输入到传输光纤中；对接收到的数字信号进行分数阶傅里叶变换并得到探测结果。本发明专利技术通过利用线性调频信号经过分数阶傅里叶变换后有较好的聚集性，而噪声和非线性调频信号经过分数阶傅里叶变换后不会发生聚集这个特点，提取出线性调频信号，从而提升OTDR的探测灵敏度和动态范围。

A fiber optic time domain reflectometry system and method based on LFM signal

The invention relates to the technical field of optical time domain reflectometer detection, and provides a detection system and method of optical time domain reflectometer based on linear frequency modulation signal. The method includes generating a linear frequency modulation signal and a clock synchronization pulse and sending them to the modulator and the optical switch respectively; the modulator generates continuous light signals from the light source according to the linear frequency modulation signal, and generates a continuous linear FM signal, and the optical switch cuts the continuous linear FM signal into a specified time length. The LFM optical signal is input into the transmission fiber through a loop, and the received digital signal is fractional Fourier transform and the detection result is obtained. The present invention has better aggregation by using the FM signal through fractional Fourier transform, and the noise and Nonlinear FM signal will not accumulate after fractional Fourier transform, and the linear frequency modulation signal is extracted, thus improving the detection psionic sensitivity and dynamic range of OTDR.

【技术实现步骤摘要】
一种基于线性调频信号的光纤光时域反射仪检测系统及方法
本专利技术涉及光时域反射仪检测
，特别是涉及一种基于线性调频信号的光纤光时域反射仪检测系统及方法。
技术介绍
光时域反射仪是根据光的背向散射与反射原理制作，利用光在光纤中传输时产生的后向散射光来获取衰减信息，可用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位，以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等。由于光纤材料密度不均匀、掺杂成分不均匀以及光纤本身的缺陷，当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质、连接器、接合点、弯曲或其它类似的事件而产生散射、反射。其中一部分的散射和反射光就会返回到光时域反射仪中，返回的有用信息由光时域反射仪的探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。通过测量发射信号到返回信号所用的时间，以及确定光在光纤的速度，就可以计算出对应的距离。随着光纤放大器的引入及光纤损耗的降低，光纤传输距离不断增加，探测器探测的信号非常微弱，要求探测器具有更高的灵敏度和更大的动态范围。为了解决探测器信号微弱的问题，传统方法一是重复采样取平均来提高探测灵敏度，二是增加发射信号的能量。前者，重复采样可以提高测量的动态范围，但要耗费更多的时间。后者由于激光器的功率有限，要提高入射信号的能量，只能增加发射信号的脉宽，但这又会降低距离分辨率。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了解决探测器信号微弱的问题，传统方法一是重复采样取平均来提高探测灵敏度，二是增加发射信号的能量。前者，重复采样可以提高测量的动态范围，但要耗费更多的时间。后者由于激光器的功率有限，要提高入射信号的能量，只能增加发射信号的脉宽，但这又会降低距离分辨率。本专利技术采用如下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种基于线性调频信号的光纤光时域反射仪检测系统，包括OTDR光源1，用于发出连续光信号；环形器5，用于将用于检测的光信号输入到传输光纤中，并将后向散射信号输入到反射信号接收单元6中；反射信号接收单元6，用于接收来自传输光纤的后向散射信号，并转化为数字信号，还包括调制信号发生器4、调制器2、光开关3和数字信号处理单元7，其中，调制信号发生器4分别连接所述调制器2的第二输入口和光开关3的第二输入口，所述OTDR光源1连接所述调制器2的第一输入口，所述调制器2的第一输出口连接光开关3的第一输入口，所述光开关3的第一输入口连接所述环形器5的第一输入口，所述环形器5的第二输入/输出口连接被测的传输光纤，所述环形器5的第三输出口串联所述反射信号接收单元6后与数字信号处理单元7相连，具体的：所述调制信号发生器4，用于产生线性调频信号以及时钟同步脉冲；所述调制器2，用于将线性调频信号调制到连续光信号上，生成连续线性调频光信号；所述光开关3，用于将连续的线性调频光信号截成指定时间长度的线性调频光信号；所述数字信号处理单元7，用于对接收到的数字信号进行分数阶傅里叶变换，提取出线性调频信号得到探测结果。优选的，调制信号发生器4的线性调频信号根据以下公式生成：s(t)＝A*rect(t/τ)cos(2π(f0t+μt2/2))其中，A为脉冲幅度,线性调频信号的长度，f0为中心频率，μ为调频斜率。优选的，所述数字信号处理单元7中分数阶傅里叶变换根据以下公式实现：其中，x(t)为反射信号接收单元6接收到的信号，Xp(u)为经过分数阶傅里叶变换后的信号，p为分数阶傅里叶变换的阶数，并且有α＝pπ/2。优选的，所述调制器2为强度调制器或者线性调制器。优选的，所述光开关3具体为强度调制器。第二方面，本专利技术还提供了一种基于线性调频信号的光纤光时域反射仪检测方法，方法包括：调制信号发生器4生成线性调频信号和时钟同步脉冲，并分别发送给调制器2和光开关3；调制器2根据所述线性调频信号，调制光源发出的连续光信号，生成连续线性调频光信号；光开关3将所述连续线性调频光信号截成指定时间长度的线性调频光信号，并通过环形器5输入到传输光纤中；通过环形器5接收来自传输光纤的后向散射光，将所述后向散射光转化为数字信号；对接收到的数字信号进行分数阶傅里叶变换并得到探测结果。优选的，调制信号发生器4的线性调频信号根据以下公式生成：s(t)＝A*rect(t/τ)cos(2π(f0t+μt2/2))其中，A为脉冲幅度,τ线性调频信号的长度，f0为中心频率，μ为调频斜率。优选的，所述数字信号处理单元7中分数阶傅里叶变换根据以下公式实现：其中，x(t)为接收到的输光纤的后向散射光信号，Xp(u)为经过分数阶傅里叶变换后的信号，p为分数阶傅里叶变换的阶数，并且有α＝pπ/2。优选的，所述对接收到的数字信号进行分数阶傅里叶变换并得到探测结果，具体包括：在数字信号处理单元中通过分数阶傅里叶变换从背散信号中提取出线性调频信号。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过利用线性调频信号经过分数阶傅里叶变换后有较好的聚集性，而噪声和非线性调频信号经过分数阶傅里叶变换后不会发生聚集这个特点，因此可以在背散信号中通过分数阶傅里叶变换将线性调频信号和噪声分开，提取出线性调频信号，从而提升OTDR的探测灵敏度和动态范围。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种基于线性调频信号的光纤光时域反射仪检测系统架构示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种经过调制信号发生器调制的线性调频信号波形示意图；图3是本专利技术实施例提供的不同信号经过分数阶傅里叶变换后的分布示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种基于线性调频信号的高动态范围OTDR的检测装置构示意图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在本专利技术的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术而不是要求本专利技术必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本专利技术的限制。在本专利技术各实施例中，符号“/”表示同时具有两种功能的含义，例如“第二进/出光口”表明该端口既可以进光也可以出光。而对于符号“A和/或B”则表明由该符号连接的前后对象之间的组合包括“A”、“B”、“A和B”三种情况，例如“后向散射光和/或反射光”，则表明其可以表达单独的“后向散射光”，单独的“反射光”，以及“后向散射光和反射光”三种含义中的任意之一。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。实施例1:本专利技术实施例提供了一种基于线性调频信号的光纤光时域反射仪检测系统，如图1所示，包括OTDR光源1，用于发出连续光信号；环形器5，用于将用于检测的光信号输入到传输光纤中，并将后向散射信号输入到反射信号接收单元6中；反射信号接收单元6，用于接收来自传输光纤的后向散射信号，并转化为数字信号。在所述检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于线性调频信号的光纤光时域反射仪检测系统，包括OTDR光源(1)，用于发出连续光信号；环形器(5)，用于将用于检测的光信号输入到传输光纤中，并将后向散射信号输入到反射信号接收单元(6)中；反射信号接收单元(6)，用于接收来自传输光纤的后向散射信号，并转化为数字信号，其特征在于，还包括调制信号发生器(4)、调制器(2)、光开关(3)和数字信号处理单元(7)，其中，调制信号发生器(4)分别连接所述调制器(2)的第二输入口和光开关(3)的第二输入口，所述OTDR光源(1)连接所述调制器(2)的第一输入口，所述调制器(2)的第一输出口连接光开关(3)的第一输入口，所述光开关(3)的第一输入口连接所述环形器(5)的第一输入口，所述环形器(5)的第二输入/输出口连接被测的传输光纤，所述环形器(5)的第三输出口串联所述反射信号接收单元(6)后与数字信号处理单元(7)相连，具体的：所述调制信号发生器(4)，用于产生线性调频信号以及时钟同步脉冲；所述调制器(2)，用于将线性调频信号调制到连续光信号上，生成连续线性调频光信号；所述光开关(3)，用于将连续的线性调频光信号截成指定时间长度的线性调频光信号；所述数字信号处理单元(7)，用于对接收到的数字信号进行分数阶傅里叶变换，提取出线性调频信号得到探测结果。...

【技术特征摘要】
1.一种基于线性调频信号的光纤光时域反射仪检测系统，包括OTDR光源(1)，用于发出连续光信号；环形器(5)，用于将用于检测的光信号输入到传输光纤中，并将后向散射信号输入到反射信号接收单元(6)中；反射信号接收单元(6)，用于接收来自传输光纤的后向散射信号，并转化为数字信号，其特征在于，还包括调制信号发生器(4)、调制器(2)、光开关(3)和数字信号处理单元(7)，其中，调制信号发生器(4)分别连接所述调制器(2)的第二输入口和光开关(3)的第二输入口，所述OTDR光源(1)连接所述调制器(2)的第一输入口，所述调制器(2)的第一输出口连接光开关(3)的第一输入口，所述光开关(3)的第一输入口连接所述环形器(5)的第一输入口，所述环形器(5)的第二输入/输出口连接被测的传输光纤，所述环形器(5)的第三输出口串联所述反射信号接收单元(6)后与数字信号处理单元(7)相连，具体的：所述调制信号发生器(4)，用于产生线性调频信号以及时钟同步脉冲；所述调制器(2)，用于将线性调频信号调制到连续光信号上，生成连续线性调频光信号；所述光开关(3)，用于将连续的线性调频光信号截成指定时间长度的线性调频光信号；所述数字信号处理单元(7)，用于对接收到的数字信号进行分数阶傅里叶变换，提取出线性调频信号得到探测结果。2.根据权利要求1所述的基于线性调频信号的光纤光时域反射仪检测系统，其特征在于，调制信号发生器(4)的线性调频信号根据以下公式生成：s(t)＝A*rect(t/τ)cos(2π(f0t+μt2/2))其中，A为脉冲幅度,τ线性调频信号的长度，f0为中心频率，μ为调频斜率。3.根据权利要求1所述的基于线性调频信号的光纤光时域反射仪检测系统，其特征在于，所述数字信号处理单元(7)中分数阶傅里叶变换根据以下公式实现：其中，x(t)为反射信号接收单元(6)接收到的信号，Xp(u)为经过...

【专利技术属性】
技术研发人员：张传彬，易水寒，罗清，夏晓文，喻杰奎，
申请(专利权)人：武汉光迅科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42